JP6756973B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯給湯装置に関し、特に出湯通路内の圧力上昇に起因する出湯温度のオーバーシュートを防止可能な貯湯給湯装置に関する。

従来から、ガス燃焼式熱源機、ヒートポンプ式熱源機、燃料電池発電装置等の熱源機で加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯して所望の給湯先（給湯栓、浴槽、暖房端末等）に給湯する貯湯給湯装置が一般に広く普及している。

このヒートポンプ式貯湯給湯装置は、冷媒により湯水を加熱するヒートポンプ式熱源機、加熱された湯水を貯留する貯湯タンク、ヒートポンプ式熱源機と貯湯タンクとの間に湯水を循環させる湯水循環配管、高温暖房端末や風呂追い焚きを使用する際に高温出湯を行ない且つ熱源機出力をバックアップするガス燃焼式補助熱源機等を備え、貯湯タンク内の湯水を湯水循環配管に循環させてヒートポンプ式熱源機の凝縮熱交換器において冷媒と湯水との間で熱交換して湯水を加熱すると共に、必要に応じて貯湯タンクからの湯水や上水を補助熱源機で加熱して出湯通路に供給する。

貯湯タンクの上部には出湯通路が接続され、貯湯タンクの下部には給水通路が接続され、前記出湯通路から供給される高温水と低温の上水とを混合して設定された温度の給湯を行う為の湯水混合弁と、前記給水通路から分岐して前記湯水混合弁に接続されたバイパス通路とが設けられている。

前記混合弁の入口の湯水の温度を検出する混合弁入り口サーミスタと、給水通路の上水の温度を検出する入水サーミスタとが設けられ、前記湯水温度と上水温度と操作リモコンからの給湯設定温度とをパラメータとして前記混合弁における混合比を設定する混合比設定テーブルが制御ユニットに格納され、通常、前記混合弁における湯水と上水の混合比は、湯水温度と上水温度と給湯設定温度を用いて上記の混合比設定テーブルに基づいて設定される。

特許文献１には、ヒートポンプ式貯湯給湯装置において、高温貯湯タンクと、この高温貯湯タンクから出湯する高温出湯通路と、低温貯湯タンクと、この低温貯湯タンクから出湯する低温出湯通路であってオリフィスを介装した低温出湯通路を設け、高温出湯通路と
低温出湯通路とを直接合流させた合流部から混合弁に湯水を供給するように構成することで、高温出湯通路と低温出湯通路との合流部に設ける混合弁を省略可能にしている。

特開２００８−３０９３５１号公報

補助熱源機を燃焼させて高温暖房回路に高温湯水を供給する場合や、給湯を中止した後の再出湯の際に、出湯温度のアンダーシュートを緩和する為に、給湯中止直後に補助熱源機を燃焼させて高温湯水を貯湯する場合や、ヒートポンプ熱源機により貯湯運転する場合などにおいて、高温湯水の熱膨張に起因して出湯通路内の圧力が上昇する。
このように、出湯通路内の圧力が上昇した状態で、先栓（カラン）が開かれると、その直後に出湯通路内の高温温水の押し込みにより瞬間的に出湯温度のオーバーシュートが発生するという問題がある。

即ち、前記混合弁における混合比を設定する混合比設定テーブルは、湯水と上水の圧力が同じであることを前提にして作成されているため、湯水と上水の圧力バランスが崩れると、適正な混合比を設定できないため、給湯設定温度の出湯ができなくなり、上記のような出湯温度にオーバーシュートが発生する。

特許文献１の技術は、低温出湯通路と高温出湯通路の合流部の混合弁を省略することを目的とするものであって、上記の課題に着目したものではない。
本発明の目的は、出湯通路内の圧力上昇に起因する前記の出湯温度のオーバーシュートを防止可能な貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１に係る貯湯給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記出湯通路から供給される高温水と低温の上水とを混合して設定された温度の給湯を行う為の湯水混合手段と、前記給水通路から分岐して前記湯水混合手段に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水温度を検知するための温度検知手段と、前記給水通路の分岐部下流及び前記バイパス通路に夫々設けられた逆止弁とを備えた貯湯給湯装置において、前記出湯通路を形成する管部材の継手接続部が、前記湯水混合手段の端部に水平に接続され、 前記管部材は水平方向に延びてから上方へ鉛直に立ち上がり、この鉛直部に前記温度検知手段が装着されており、前記温度検知手段と前記湯水混合手段との間で前記出湯通路にはオリフィスが設けられ、このオリフィスは前記管部材の継手接続部の通路孔を小径化して形成されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、出湯通路の湯水の温度を検知する温度検知手段と湯水混合手段との間において出湯通路にはオリフィスが設けられたため、出湯通路内の高温湯水の圧力が高い状態で先栓が開かれた場合、混合比設定テーブルに基づく混合比の設定が適正になされないとしても、前記オリフィスにより高温湯水の流量が絞られるため、先栓から出湯する際の出湯温度のオーバーシュートが発生しにくくなる。
しかも、温度検知手段と湯水混合手段との間にオリフィスを配置するため、オリフィスの付近に発生する乱流の影響で温度検知手段の温度検知精度が低下する虞もない。

そして、前記オリフィスは前記温度検知手段よりも下方に配置されているため、オリフィスの付近の乱流と対流により温度検知手段による温度検出に及ぼす悪影響がさらに軽減される。

また、前記オリフィスは、前記出湯通路を形成する前記管部材の継手接続部の通路孔を小径化して形成されているため、オリフィスを別部品で構成する場合と比較して、部品数を少なくし、製作費を低減することができる。

本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の構成図である。 混合弁とそれに接続された管部材の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

ヒートポンプ式貯湯給湯装置１の構成について説明する。
図１に示すように、この貯湯給湯装置１は、補助熱源機４を有する貯湯給湯ユニット２と、ヒートポンプ熱源機３を有する。

貯湯給湯ユニット２は、補助熱源機４と、湯水を貯留する貯湯タンク５と、貯湯タンク５の上端部に接続された出湯通路６と、出湯通路６に接続されて湯水を給湯先へ供給する給湯通路７と、給湯通路７から分岐して浴槽１３Ａに湯張りを行う注湯通路８と、貯湯タンク５の湯水をヒートポンプ熱源機３で加熱して貯湯タンク５に貯留するように循環させる加熱循環回路９と、貯湯タンク５に上水を供給する給水通路１０と、湯水と上水を混合する混合弁１６と、浴槽１３Ａの湯水を加熱するための風呂追焚用の熱交換器１２と、補助出湯通路１４ｃから分岐し熱交換器１２に湯水を供給する追焚湯水通路３１と、追焚回路１３と、暖房用の熱交換器２７と、補助出湯通路１４ｃから分岐し熱交換器２７に湯水を供給する暖房湯水通路２９と、高温暖房用の熱媒通路２８ａと、低温暖房用の熱媒通路２８ｂと、熱媒戻り通路２８ｃと、湯水戻り通路３２と、各種制御を行う制御ユニット１１と、操作リモコン６０等を備えている。

貯湯タンク５の側部には、複数の温度センサ５ａ〜５ｄが適当間隔おきに設けられ、貯留された湯水の温度を検知する。貯留された湯水の降温を防ぐために、貯湯タンク５の周囲は断熱材（図示略）で覆われている。

給水通路１０は、上水源から低温の上水を貯湯タンク５等に供給するものであり、上流端が上水源に接続され、下流端が貯湯タンク５の下端部に接続されている。給水通路１０から給水バイパス通路１８が分岐され混合弁１６に接続されている。給水通路１０には給水温度センサ１９が設けられ且つ分岐部よりも下流側に逆止弁２０が設けられ、給水バイパス通路１８には逆止弁２１が設けられている。給水バイパス通路１８から分岐され給湯通路７に接続された高温出湯回避通路２２が、高温出湯を回避可能に設けられている。

出湯通路６の上流端が貯湯タンク５の上端部に接続され下流端が混合弁１６に接続され、混合弁１６には給湯通路７が接続されている。補助燃焼機４から高温の湯水を出湯する補助出湯通路１４ｃと出湯通路６との合流部よりも下流側において、出湯通路６には出湯温度センサ４３が介装されると共に混合弁１６の上流側近傍に位置するオリフィス４４が介装されている。

混合弁１６は、使用者が操作リモコン６０を介して設定した温度（給湯設定温度）の湯水を給湯通路７へ供給し、又は給湯設定温度の湯水を浴槽１３Ａに供給するために、給水バイパス通路１８から供給される低温の上水と出湯通路６から供給される高温の湯水との混合比を調節する。設定温度に調節された湯水は給湯通路７から給湯栓に供給され、又は注湯通路８から浴槽１３Ａに供給される。給湯通路７には、給湯温度センサ２３及び給湯流量センサ２４が設けられ、給湯温度及び給湯流量を検知する。

給湯通路７から分岐され浴槽１３Ａに湯張りを行う注湯通路８には開閉弁８ａが設けられ、注湯通路８の下流端は後述する風呂往き通路部１３ａに接続されている。操作リモコン６０で設定された温度の湯水を浴槽１３Ａに供給するには、貯湯タンク５の上部からの湯水が、出湯通路６により混合弁１６へ流れ、混合弁１６において給水バイパス通路１８からの上水と混合されて設定温度の湯水となって注湯通路８に流れ、開閉弁８ａと風呂往き通路部１３ａを通って浴槽１３Ａに供給される。

追焚湯水通路３１の下流端と暖房湯水通路２９の下流端が接続される湯水戻り通路３２は給水通路１０の下流部に接続されている。
補助熱源機４に湯水を供給するための上部補助通路１４ａが出湯通路６から分岐して三方弁１７に接続され、補助熱源機４に低温の湯水や上水を供給するための下部補助通路３３が湯水戻り通路３２から延びて三方弁１７に接続され、三方弁１７から延びる補助導入通路１４ｂが補助熱源機４に接続されている。

補助導入通路１４ｂには循環ポンプ４０が介装されている。補助熱源機４で加熱された高温湯水が出湯される補助出湯通路１４ｃは混合弁１６よりも上流側で出湯通路６に接続され、補助出湯通路１４ｃには温度センサ４１，４２と流量調整弁２６が介装されている。三方弁１７は、貯湯タンク５側と下部補助通路３３側を択一的に切換え可能である。

加熱循環回路９は、往き通路部９ａと戻り通路部９ｂとこれらを接続するバイパス通路部９ｃを備えている。往き通路部９ａは、その上流端が貯湯タンク５の下端部に接続され、その下流端はヒートポンプ熱源機３内の凝縮熱交換器３６に接続される。戻り通路部９ｂは、その上流端が凝縮熱交換器３６に接続され、その下流端は貯湯タンク５の上端部に接続されている。

往き通路部９ａの途中部に循環ポンプ２５が介装され、戻り通路部９ｂの途中部には循環温度センサ９ｄが設けられている。往き通路部９ａとバイパス通路部９ｃの接続箇所に切換三方弁１５が介装されている。切換三方弁１５を切換えることで、バイパス通路側と貯湯タンク側とを切換え可能に構成されている。切換三方弁１５をバイパス通路側に切換えるとヒートポンプ熱源機３で加熱された湯水をヒートポンプ熱源機３に送って再加熱可能に構成されている。

風呂追焚用の熱交換器１２は、補助出湯通路１４ｃから分岐した追焚湯水通路３１を流れる湯水との熱交換により風呂追焚回路１３を流れる浴槽１３Ａの湯水を加熱する。追焚湯水通路３１には開閉弁３１ａが設けられ、風呂追焚運転時以外は熱交換器１２に湯水が流れないように閉止されている。

風呂追焚回路１３は、浴槽１３Ａの湯水を循環させて熱交換器１２において加熱するものであり、熱交換器１２から加熱された湯水を浴槽１３Ａに送る風呂往き通路部１３ａと、浴槽１３Ａの湯水を熱交換器１２に送る追焚用ポンプ３０を備えた風呂戻り通路部１３ｂを有する。

ヒートポンプ熱源機３は、補助制御ユニット３４を介して制御ユニット１１により制御され、圧縮機３５、凝縮熱交換器３６、膨張弁３７、蒸発熱交換器３８を冷媒配管３９により接続することでヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管３９に封入された冷媒と外気の熱を利用して湯水を加熱する装置である。

制御ユニット１１は、貯湯温度センサ５ａ〜５ｄ、循環温度センサ９ｄ、給水温度センサ１９、給湯温度センサ２３、出湯温度センサ４３、その他の温度センサ４１，４２、給湯流量センサ２４等により各部の温度や流量等を取得し、切換三方弁１５、混合弁１６、三方弁１７、流量調整弁２６、その他の弁類、循環ポンプ２５，３０，４０等を作動させ、ヒートポンプ熱源機３を加熱運転して給湯設定温度での湯張りや給湯するように貯湯運転、給湯運転等を制御する。

上記の混合弁１６の制御のため、制御ユニット１１には、出湯温度センサ４３で検出された出湯通路６の湯水の温度と、給水温度センサ１９で検出された上水の上水温度と、操作リモコン５０で設定された給湯設定温度とをパラメータとして、混合弁１６における湯水と上水の混合比を設定した混合比設定テーブルが格納されており、この混合比設定テーブルにより設定された混合比となるように混合弁１６が制御される。

ここで、貯湯運転について簡単に説明する。
制御ユニット１１はヒートポンプ熱源機３を作動させると共に、循環切換三方弁１５を貯湯タンク側に切換え、循環ポンプ２５を駆動させ、貯湯タンク５の下部から低温の湯水をヒートポンプ熱源機３に供給し、ヒートポンプ熱源機３で加熱された貯湯設定温度の湯水を貯湯タンク５の上部に貯留する。貯湯運転の継続により、貯湯タンク５の上部に貯留された貯湯設定温度の湯水の層が下方に拡大し、低温の湯水の層が縮小する。

次に、前記混合弁１６とオリフィス４４と出湯温度センサ４３について説明する。
図２に示すように、混合弁１６の左端部に出湯通路６を形成する管部材６ａの継手接続部６ｂが接続され、混合弁１６の右端側の下端部に給水パイパス通路１８が接続され、混合弁１６の左側部分の上端部に給湯通路７が接続されている。混合弁１６は、ステッピングモータ４５により弁軸４６を左右方向へ位置調整し、混合室５３における第１弁体４７と第１弁座４８間の隙間と第２弁体４９と第２弁座５０間の隙間を調整することで湯水と上水の混合比を制御するように構成されている。

出湯通路６の管部材６ａの継手接続部６ｂが混合弁１６の左端部の継手接続部５１に嵌入状態にして水平に接続され、締結金具５２で締結されている。
管部材６ａの継手接続部６ｂの通路孔が小径化したオリフィス４４に形成されている。出湯通路６の管部材６ａは、継手接続部６ｂから左方へ小距離だけ延びてから湾曲部を介して上方へ鉛直に立ち上がり、その管部材６ａの鉛直部に出湯温度センサ４３が装着されている。このように、オリフィス４４は出湯温度センサ４３の下方に設置されている。

次に、混合弁１６とオリフィス４４と出湯温度センサ４３の作用、効果について説明する。補助熱源機４を燃焼させて暖房用熱交換器２７に高温湯水を供給する場合や、給湯を中止した後の再出湯の際に出湯温度のアンダーシュートを緩和する為に、給湯中止直後に補助熱源機４を燃焼させて高温湯水を貯湯する場合や、ヒートポンプ熱源機３により貯湯運転する場合などにおいて、高温湯水の熱膨張に起因して出湯通路６内の圧力が上昇する。出湯通路６内の圧力が上昇した状態では、混合比設定テーブルに基づく混合弁１６における混合比の設定が適切になされないおそれがある。

しかし、出湯通路６の湯水の温度を検知する出湯温度センサ４３と混合弁１６との間において出湯通路６にはオリフィス４４が設けられたため、出湯通路６内の高温湯水の圧力が高い状態で給湯栓が開かれたとしても、オリフィス４４により高温湯水の流量が絞られるため、給湯栓から出湯する際の出湯温度のオーバーシュートが発生しにくくなる。
しかも、出湯温度センサ４３と混合弁１６との間にオリフィス４４を配置するため、オリフィス４４の付近に発生する乱流の影響で出湯温度センサ４３の温度検知精度が低下する虞もない。

前記オリフィス４４は出湯温度センサ４３よりも下方に配置されているため、オリフィス４４の付近の乱流と対流により出湯温度センサ４３による温度検出に悪影響を及ぼすこともない。

オリフィス４４は、出湯通路６の管部材６ａが混合弁１６に接続される接続継手部６ｂに一体的に形成されているため、オリフィス４４を別部品で構成する場合と比較して、部品数を少なくし、製作費を低減することができる。

尚、前記実施例は本の一例にすぎず、配管類や弁類の接続構造、センサ類の設置位置等は適宜変更可能であることは勿論であり、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
５ 貯湯タンク
６ 出湯通路
６ａ 管部材
６ｂ 継手接続部
１０ 給水通路
１６ 混合弁
１８ バイパス通路
２０，２１ 逆止弁
４３ 出湯温度センサ
４４ オリフィス

Claims (1)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記出湯通路から供給される高温水と低温の上水とを混合して設定された温度の給湯を行う為の湯水混合手段と、前記給水通路から分岐して前記湯水混合手段に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水温度を検知するための温度検知手段と、前記給水通路の分岐部下流及び前記バイパス通路に夫々設けられた逆止弁とを備えた貯湯給湯装置において、
   前記出湯通路を形成する管部材の継手接続部が、前記湯水混合手段の端部に水平に接続され、
   前記管部材は水平方向に延びてから上方へ鉛直に立ち上がり、この鉛直部に前記温度検知手段が装着されており、
   前記温度検知手段と前記湯水混合手段との間で前記出湯通路にはオリフィスが設けられ、このオリフィスは前記管部材の継手接続部の通路孔を小径化して形成されていることを特徴とする貯湯給湯装置。